Алюминийдің механикалық қасиеттері

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

ЖОСПАР

КІРІСПЕ

1. Алюминийдің қасиеттері және жалпы сипаттамасы, классификациясы

2. Термиялық өңдеумен бекемделетін қорытпалар

3. Құйылатын қорытпалар

КІРІСПЕ

1855ж. Париждегі дүниежүзілік көрмеде күмістей ақ металдың 12 түйірі көпшіліктің назарын баурап алды. Ол жұмсақ, оңай балқитын, күміске ұқсас, бірақ одан гөрі анағұрлым жеңіл болды. Ең ғажабы бұл металл баяғыдан бері кірпіш құйып жүрген саз балшықтан табылды. Жиі ұшырайтын тау жыныстары - гранит пен базальтта да сол кезде саз күмісі аталған осы металл бар болып шықты. Табиғатта таралуы жағынан ол тек оттек пен кремнийден кейін ғана тұрады. Бұл қазір бәрімізге белгілі алюминий еді.

Сол тұста ол аса қымбат (алтыннан сәл арзан) болды да, тек зергерлік бұйымдарын жасауға жұмсалды. Өйткені оны боксит рудасынан бөліп алу өте қиынға түсті, ол үшін аса көп электр энергиясы қажет болды. Ал ол кезде электр станциялары әлі жоқ еді.

Алюминийді 20 ғасырдың металы деп тегін атамайды. Онсыз қазіргі заман техникасының ғажайып жетістіктері мүмкін болмас еді. Алюминий және оның қорытпаларын самолеттер, су асты кемелерін, Жердің жасанды спутниктерін жасауға пайдаланады. Кез келген радиоқабылдағыш не телевизордың ішінде алюминийден электр сымдарын, ыдыс - аяқтарды, сондай-ақ кәмпит және басқа заттарды орайтын «қорғасын қағаз» - фольганы да жасайды.

Алюминий - күміс түсті ақ металл. Оның аллотропиялық түрленуі болмайды және ол периодты а 4, 041 А болатын қырлық центрленген кубтық торда кристалданады.

Аллюминийдің тығыздығы аз, жылу және электр өткізгіші жақсы, коррозияға төзімділігі мен пластикалығы жоғары болады.

Тазалығы жоғары (99, 996%) аллюминийдің физикалық қасиеттері төменде келтірілген:

Салыстырмалы атомдық массасы (атомдық салмағы) 26, 97

Балқу температурасы, С . . . 600

20 ⁰ С-тағы меншікті электр кедергісі, Ом * мм ² /м . . . 0, 0269

Жылу өткізгіштігі, кал/см * с* ⁰ С . . . 0, 52

Сызықтық ұлғаю коэффициенті (20-100 ⁰ С), 1/ ⁰ С . . . 23, 8*10 ⁶

Аллюминий ауада оңай тотығып, оның бетінде Al ₂ O ₃ тотығының тығыз пленкасын түзеді де, бұл пленка оны әрі тотығудан және атмосфера жағдайындағы, судағы және басқа ортадағы коррозиядан сақтап қалады. Алюминий концентрленген азот қышқылында және кейбір органикалық қышқылдарда (лимон, шарап, сірке және басқа қышқылдарда), сондай-ақ тағамдық азық-түліктермен жанасқанда тұрақты келеді, осыған байланысты оны тұрмыста пайдаланады. Көптеген минералдық (тұз, еріткіш т. б. ) қышқылдар мен сілтілер аллюминийді бүлдіреді. Алюминий жоғары шағылыстырғыш қабілеттілікке ие болады, оның жылулық нейтрондарды қармап алатын тиімді көлденең қимасы аз болады. Ол қысыммен жақсы өңделеді, газбен және контактылық әдіспен жақсы пісіріледі, бірақ кесу арқылы нашар өңделеді.

Алюминийдің қасиеттері және жалпы сипаттамасы, классификациясы

Алюминийдің сызықтық қасиеттері жоғары емес (қатайғандағы шөгуі 6%) . Жоғары балқу жылулығы мен жылу сыйымдылығы алюминийдің сұйық күйден баяу сынуына көмектеседі, бұл жағдай модификациялау, рафинациялау және басқа технологиялық операциялар арқылы алюминийден құйылатын құйманы және оның қорытпаларын жақсартуға мүмкіндік береді.

Алюминийдің тұрақты қоспалары Fe, Si, Cu, Zn, Ti болады. Қоспалардың мөлшеріне қарай алғашқы алюминий ерекше таза А 999, өте таза А 995, А 99, А 95 және техникалық таза А 85, А 8 және басқалар болады. Деформацияланатын жартылай фабирикаттар (табақ алюминий, профильдер, шыбықтар т. б. ) түрінде шығарылатын техникалық алюминий АДО және АДІ-мен маркаланады. Қоспалар алюминийдің жылу және электр өткізгіштігін, коррозияға төзімділігі мен пластикалылығын төмендетеді. Алюминийдің механикалық қасиеттері оның тазалығы мен күйіне тәуелді болады (1-кесте) .

Алюминийдің механикалық қасиеттері

1-кесте

Маркасы

Қоспалар қосындысы

Күйі

σ _в, кгс/мм ²

σ _{0, 2} , кгс/мм ²

σ, %

Маркасы:

А 995

А 5

Қоспалар қосындысы:

0, 005

0, 50

Күйі:

Құйылған

σв,кгс/мм2:

7, 5

σ0, 2, кгс/мм2:

σ, %:

HB:

Маркасы: АО

Қоспалар қосындысы: 1, 0

Күйі:

σв,кгс/мм2: 9

σ0, 2, кгс/мм2: -

σ, %: 25

HB: 25

Маркасы: АО

Қоспалар қосындысы: 1, 0

Күйі: Деформацияланған және жасытылған

σв,кгс/мм2: 9

σ0, 2, кгс/мм2: 3

σ, %: 30

HB: 25

Маркасы: АО

Қоспалар қосындысы: 1, 0

Күйі: Деформацияланған

σв,кгс/мм2: 14

σ0, 2, кгс/мм2: 10

σ, %: 12

HB: 32

Беріктігі төмен болғандықтан алюминий конструкциялардың күш түспейтін детальдары мен элементтерін жасау үшін қолданылады, ал мұндай материалдың жеңілдігіне, пісірілгіштігіне, пластикалылығына, коррозияға төзімділігіне талап қойылады. Мысалы, онан рамалар, есіктер, құбырлар, фольга, мұнай және мұнай өнімдері тасылатын цистерналар, ыдыстар және басқалар жасалады. Жоғары жылу өткізгіштігінің арқасында ол өнеркәсіптік және тұрмыстық мұздатқыштарға қажетті әр түрлі жылу алмастырғыштар жасау үшін пайдаланылады. Алюминийдің жоғары электр өткізгіштігі оның электр техникасында (конденсаторлар, өткізгіш сым, кабельдер, шиналар т. б. үшін) кең түрде қолданылуына мүмкіндік туғызады.

Алюминий қорытпаларының артықшылығына олардың жоғары меншікті беріктігі (σ _в /γ) мен инерциялық және динамикалық күшке қарсылық жасай алатын қабілеттілігі жатады. Алюминий қорытпаларының беріктік шегі, тығыздығы көп дегенде 2, 85 г/см ³ болғанда, 50-70 кгс/мм ² -ге жетеді. Меншікті беріктігі бойынша кейбір алюминий қорытпалары (σ _в γ=21) аса берік болаттарға (σ _в γ=23) жақындай түседі. Алюминий қорытпаларының басым көпшілігінің коррозияға жақсы төзімділігі (мыс араласқан қорытпаларды қоспағанда), жоғары жылу және электр өткізгіштігі жақсы технологиялық қасиеттері болады.

Алюминий қорытпалары дайындалу технологиясы, термиялық өңделуге қабілеттілігі және қасиеттері бойынша классификацияланады (177-сурет) .

177-сурет

Термиялық өңдеумен бекемделетін қорытпалар

Беріктігі қалыпты қорытпалар. Осы топтағы қорытпалардың типті өкілдері дуралюминийлер Al-Cu-Mg жүйесінің қорытпаларына жатады. Марганецті қорытпаларға коррозияға төзімділікті арттыру және темірдің зиянды әсерлерін жою үшін енгізеді. Ол темірді алюминийде ерімейтін α-фазамен (Al, Fe, Si, Mu) байланыстырады, ал фаза дөрекі кірмелерді түзбейді. Al-Cu-Mg жүйесі күйінің диаграммасы бойынша қорытпалардың құрылымы α -қатты ерітіндісінен және онда еритін CuAl ₂ , CuMgAl ₂ (S) фазаларынан тұрады (179-сурет) .

Al-Cu-Mg жүйесі күйінің диаграммасындағы ав сызығы 20 ⁰ С температура, ал cd сызығы 500 ⁰ С температура кезіндегі мыс пен магнийдің ерігіштігін көрсетеді. Осы элементтердің жоғарылау температурадағы ерігіштігінің артуы дуралюминийдің термиялық өңделу кезіндегі бекемделуіне мүмкіндік туғызады. 180-суретте О және S фазалары қатыстарының беріктікке тигізетін әсері көрсетілген.

180-сурет

Қорытпадағы мыстың мөлшері неғұрлым көп болса, оның құрылымындағы (Д1) О фазаның мөлшері соғұрлым көп болады. Магний мөлшерінің артуы S фазасының мөлшерін көбейтуге және қорытпаның (Д16) беріктігін арттыруға әкеп тірейді. Құйылған күйіндегі интерметаллидтық фазалар қатты ерітінділердің шекараларына қорытпалардың беріктігі мен пластикалығын төмендететін дөрекі бөіліністер ретінде орналасады. Сом қорытпалар 480-500 ⁰ С температурада гомогенизациядан, онан кейін ыстықтай пластикалық деформациядан өтеді. Сонда дендридтік әртектілік жойылады, интерметаллидтық фазалар бір қалыпты таралады, қорытпалардың құрылымы ұсақталады.

Пластикалық деформация дуралюминийдің беріктігін, әсіресе, оның аққыштық шегін арттырады. Қатаюды жою үшін жасыту 350-370 ⁰ С-та жүргізіледі.

Бекемдейтін термиялық өңдеу шыңдалудан және табиғи ескіруден құралады (2-кесте) . Шыңдалу кезінде Д1 және Д18 маркалы қорытпалар 495-505 ⁰ С температураға дейін, Д16 маркалысы 490-500 ⁰ С температураға дейін қыздырылады, сонан кейін оларды температурасы 40 ⁰ С-тан аспайтын суда суытады. Шыңдалғаннан кейін мұндай қорытпалардың құрылымы аса қаныққан α-қатты ерітіндіден және ерімейтін фазалардан құрылады. Табиғи ескіру кезінде мыс пен магнийге бай.

Дуралюминийдің механикалық қасиеттері

2-кесте

Қорытпа маркасы

Жасыту

Шыңдау+табиғи ескірту

кгс/мм ²

δ, %

δ _В ,

кгс/мм ²

σ _{0, 2} , кгс/мм ²

Қорытпа маркасы:

Д1

Д16

Д18

Жасыту:

Шыңдау+табиғи ескірту:

105

Гинье-Престен зонасы түзіледі. Ескіру 5-7 күн тәулігіне созылады. Температураны 40 ⁰ С-қа дейін, әсіресе 100 ⁰ С-қа дейін арттырғанда ескірудің ұзақтығы едәуір қысқарады. Ескірудің бастапқы немесе «инкубациялық» кезеңінің (20-60 мин) зор практикалық маңызы бар, бұл кезде қорытпа жоғары пластикалығы мен аз қаттылығын сақтап қалады. Бұл - тойтару, жану, қағып шығару және басқалар сияқты технологиялық операцияларды жүргізуге мүмкіндік туғызады. Осыған ұқсас операцияларды жүргізу үшін табиғи ескірген қорытпаларды «қайтару» өңдеуінен өткізуге болады, ал мұндай өңдеуді жүзеге асыру үшін қорытпаны 230-300 ⁰ С температурада қысқа мерзімде (1-2 мин) ұстап тұрады. Қыздырғанда Гинье-Престон зонасы таралып кетеді де, жаңадан шыңдалған қорытпа күйінің пластикалылығы қалпына келеді. Алайда «қайтару» өңделуінің қолданылуына шек қойылады, өйткені бұл кезде жұқа қабырғалы бұйымның коррозияға төзімділігі төмендейді, ал қалың қабырғалы бұйымды қысқа мерзімде ұстап тұрғанда оның пластикалылығы қимасының өн бойында қалпына келіп үлгере алмайды. Бұйымды қажетті температурада ұстап тұру мерзімін арттыру бұйымның бетін жасанды түрде ескіртуге әкеп соқтырады, сонда оның пластикалылығы төмендеп кетеді. Беріктіктері бірдей болғанда табиғи ескірген дуралюминийдің пластикалылығы мен коррозияға төзімділігінен, ал жасанды түрде ескіргенінің аққыштық шегінен артықшылығы болады. Дуралюминийдің жасанды түрде ескіруі өте сирек қолданылады, өйткені ол төмен пластикалығынан өзге кернеу концентрациясына сезімталдығына да ие болады.

Дуралюминий ылғалды ауада, өзен және теңіз суында төмен коррозиялық төзімділікке ие болады. Коррозиядан қорғау үшін оны қаптайды (табақ дуралюминийді) немесе анодтық поляризациядан (құбырлар мен профильдер) өткізеді. Қаптау дегеніміз - таза алюминиймен (А5, А6, А7 маркалы) оралған сом дуралюминийді ыстықтай прокаттау, осы уақытта алюминий қорытпамен пісіріледі. Қапталған қабаттың қалыңдығы негізгі қорытпа табағының 4-8% қалыңдығын құрайды. Анодтық поляризация 10% H ₂ SO ₄ су ерітіндісінде жүргізіледі, мұнда анод қызметін дуралюминийден тұратын жартылай фабрикат, катод қызметін қорғасын пластинка атқарады. Анодтан бөлініп шығатын оттек дуралюминийдің бетінде жұқа тотық пленкасын түзеді де, қорытпаны коррозиядан сақтап қалады.

Дуралюминийді табақ, құбыр, престелген және созып жұқартылған профильдер түрінде жасап шығарады. Д1 маркалы қорытпаның өндірілуі қысқартылады, өйткені ол өнеркәсіптің көптеген салаларында, әсіресе, авиацияда қолданылатын Д16 маркалы қорытпамен алмастырылады. Онан шпонгауттар, нервюрлар, лонжерондар, самлеттерді басқару тягасы (тартымы) т. б. жасалады. Д1 және Д16 маркалы қорытпалардан тойтарма шегелер жасалады да, олар жаңа шыңдалған күйінде шегеленеді. Д18 маркалы қорытпа - негізгі тойтармалы алюминий қорытпаларының бірі. Д18 маркалы қорытпадан жасалған тойтармалар конструкцияға шыңдалғаннан және табиғи ескіргеннен кейін қойылады.

Қызуға берік қорытпалар - бұл 300 ⁰ С-қа дейінгі температурада жұмыс атқаратын қорытпалар (АК4, АК-1 т. б. маркалы) . Олар Fe, Ni, Cu элементтерімен легирленген, ал бұл элементтер өздеріне сәйкес келетін мөлшерде, жоғарылау температурада коагуляцияға бейімділігі аз, бекемдеуші фазалар түзеді. Мұндай фаза қызметін АК4 және АК-1 маркалы қорытпаларда FeNiAl ₉ атқарады.

АК4 және АК-1 маркалы қызуға берік қорытпалардан формасы күрделі поковка мен штамптар, табақ қорытпа, престелген жартылай фабрикаттар жасалады. Олар 200-300 ⁰ С температурада жұмыс атқаратын мынадай күш түсетін детальдар мен пісірілмелі бұйымдар жасау үшін пайдаланылады: осьтік компрессорлардың қалақтары мен дискілері, двигатель поршеньдері, пісіріліп жасалатын ыдыстар т. б.

Созылғыш қорытпалар - бұл жақсы пластикалылыққа ие болатын және ыстықтай пластикалық деформация кезінде жарықшықтар түзетін қабылеттігі болмайтын қорытпалар. Бұрын қарастырылған Д1 маркалы қорытпадан басқа бұл топқа сол Al-Cu-Mg жүйесіндегі кремний мөлшері арттырылған АК6, АК8 және басқа қорытпалар жатады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.